淺析某重型載貨車經濟性的優(yōu)化分析

高艷軍，王思琪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

設計研究

淺析某重型載貨車經濟性的優(yōu)化分析

高艷軍，王思琪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要對某重型載貨車發(fā)動機性能進行優(yōu)化，通過優(yōu)化發(fā)動機增壓器性能，從而使發(fā)動機萬有特性適合整車在一定工況下的運行區(qū)域，并結合CRUISE軟件的仿真分析，最終實現提升整車燃油經濟性的目的。

燃油經濟性；增壓器；萬有特性；優(yōu)化

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-01-03

前言

目前國家計重收費實施區(qū)域逐步擴大，標載型產品市場份額進一步增長。為了滿足日益發(fā)展的載貨運輸行業(yè)所需重型車的需要，現針對中國國情開發(fā)的某載貨車屬于標載產品，此重型載貨車根據市場需求需要具備優(yōu)秀的燃油經濟性。

汽車的燃油經濟性是衡量整車性能和產品競爭力的一項重要指標。而動力匹配和發(fā)動機的性能又直接決定了整車的燃油經濟性的好壞，所以需要在此車型基礎上通過動力系統的合理匹配及發(fā)動機的特性改善來降低油耗。為用戶提供性能優(yōu)越、性價比高的新產品。

1、背景

某重型載貨車在開發(fā)過程中，通過理論計算油耗偏高，本文針對發(fā)動機的性能優(yōu)化和基于cruise的動力性經濟性仿真分析，進而確定動力匹配方案和發(fā)動機的優(yōu)化方法，保證動力性的前提下，實現整車燃油經濟性的優(yōu)化。整車基本參數如表1所示：

2、整車動力經濟性分析

2.1 基與cruise的動力性經濟性模型搭建

針對整車的配置，應用cruise軟件建立載貨車模型，輸入整車相關參數，首先計算應用的發(fā)動機和變速箱分別匹配4.44速比和4.875速比后橋的動力性和經濟性能。根據計算結果從而選擇一種合適的后橋速比配置，初步分析整車動力性和經濟性能。計算模型如下圖1所示。

2.2 動力性和經濟性計算結果分析

根據cruise軟件仿真結果分析整車動力性經濟性，結果如下表2所示：

表2 整車動力性經濟性計算值

此配置結論：

（1）選擇4.44速比，動力性滿足使用要求，經濟性相對較好，適用于平原；

（2）選擇4.875速比，動力性較好，但經濟性較差，適用于山區(qū)。

由于此車主要銷售區(qū)域平原，注重經濟性能，所以確定動力總成配置為選擇后橋4.44速比。針對以上初步匹配計算結果對整車經濟性進行進一步優(yōu)化，以達到經濟性更優(yōu)的目的，進一步提高產品市場競爭力。

3、整車經濟性能優(yōu)化設計

針對優(yōu)化前整車經濟性能計算結果，主要對影響燃油經濟性能主要的發(fā)動機總成進行優(yōu)化，改善發(fā)動機萬有特性曲線，來達到降低整車油耗的目的。

3.1 優(yōu)化方案一

針對發(fā)動機使用特點，把發(fā)動機增壓器由不帶放氣閥結構改為帶放氣閥結構，使發(fā)動機最大扭矩區(qū)域更合理，應用進口噴油嘴霧化性更好特點，降低低速油耗，經濟性更優(yōu)。

優(yōu)化后帶旁通式增壓器的增壓度受旁通渦輪氣流控制，增加低速增壓度，普通的增壓器不帶旁通閥，在低速時增壓度較低。普通式與旁通式增壓器壓力值見下圖2。

圖2 普通式與增壓式旁通閥增壓壓力對比圖

優(yōu)化增壓器后發(fā)動機的萬有特性數據曲線對比如下圖3：

圖3 優(yōu)化前后發(fā)動機的萬有特性曲線對比圖

結論：根據發(fā)動機萬有特性曲線圖對比，虛線為優(yōu)化前的數據曲線，實線為優(yōu)化后的發(fā)動機數據曲線。可以看出優(yōu)化后的發(fā)動機最大扭矩得到提升，最低燃油消耗曲線覆蓋的發(fā)動機轉速區(qū)域和扭矩區(qū)域更廣。對整車的動力性能和經濟性能都有提升。

3.2 方案一計算結果

根據優(yōu)化方案一結果對整車動力性能和經濟性進行計算，計算結果如下表3所示。

表3 方案一動力性經濟性優(yōu)化后計算值

結論：經過此方案優(yōu)化后發(fā)動機經濟性能得到提升，但提升不太理想，需要進一步優(yōu)化。

3.3 優(yōu)化方案二

由于發(fā)動機在高速運轉，進氣量增大的時候，增壓器轉速跟不上不僅起不到增壓作用反而對進氣起到了阻礙作用，所以增壓器的響應速度對發(fā)動機也是一項很重要的指標，此方案在優(yōu)化方案一的基礎上對發(fā)動機進行進一步優(yōu)化設計，主要方案為采用更小渦輪殼的渦輪增壓器，使增壓器響應更快，低速時進氣量大，起步強勁，動力和經濟性好。

通過合理匹配發(fā)動機渦輪的直徑，改變流量中心半徑，從而優(yōu)化TRIM值和A/R值，使進氣量匹配更合理，發(fā)動機改為下圖4所示更小直徑的渦輪，優(yōu)點是響應快，合理匹配高速和低速的進氣量。

圖4 優(yōu)化方案二的增壓器

優(yōu)化二和優(yōu)化一發(fā)動機萬有特性曲線對比如下圖 5所示：

圖5 方案二優(yōu)化前后發(fā)動機萬有特性數據對比圖

結論：根據優(yōu)化二和優(yōu)化一發(fā)動機萬有特性曲線圖對比，虛線為優(yōu)化一的數據曲線，實線為優(yōu)化二的發(fā)動機數據曲線?？梢钥闯鰞?yōu)化二的發(fā)動機最低燃油消耗曲線覆蓋的發(fā)動機轉速區(qū)域和扭矩區(qū)域進一步加寬。對整車的燃油經濟性可以有所提升，特性曲線的走向更平穩(wěn)，使得發(fā)動機各種工況下運行更穩(wěn)定，綜合燃油消耗會更低。

3.4 方案二優(yōu)化計算結果

根據優(yōu)化方案二結果對整車動力性能和經濟性進行計算，和優(yōu)化方案一進行對比，計算結果如下表4所示。

表4 方案二動力性經濟性優(yōu)化后計算值

結論：經過第二次優(yōu)化后，整車燃油經濟性得到明顯降低，達到預期目標。

4、動力匹配優(yōu)化分析結論

（1）通過優(yōu)化方案可以看出增壓器對發(fā)動機是一項很重要的部件，合理的匹配增壓器對發(fā)動機的扭矩和燃油消耗影響很大，尤其是對油耗的影響。

（2）經過對發(fā)動機總成的兩次優(yōu)化，最終方案的動力性經濟性完全符合載貨車在平原地區(qū)的運行工況使用。優(yōu)化后的載貨車在速度（70～90）km/h運行經濟性能最優(yōu)，整車的燃油經濟性優(yōu)化提升達到預期效果。

[1] 王望予. 汽車設計[第4版].北京:機械工業(yè)出版社,2006.5.

[2] 余志生.汽車理論.北京:清華大學出版社,2000.

Analysis on the fuel economy optimization of a heavy truck

Gao Yanjun, Wang Siqi
( Anhui Jianghuai Automobile group Co Ltd, Anhui Hefei 230601 )

This paper focuses on the optimization of a heavy truck engine performance. by optimizing the performance of the engine cross sectional characteristics, so that the universal characteristics of the vehicle in a certain operating conditions, and use CRUISE to simulate and analyst. and ultimately achieve the purpose of improving the fuel economy of the vehicle.

fuel economy; booster; cross sectional characteristics; optimization

U462.1

A

1671-7988 (2017)06-01-03

高艷軍，男，（1983-），工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.001